KR20120116488A - 밸브 조립체 및 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분사 밸브(2)의 밸브 조립체(4)에 관한 것으로, 본 발명의 밸브 조립체(4)는 중앙 종축(L)을 포함하는 밸브 몸체(10)로서, 상기 밸브 몸체(10)의 가이드 영역 내의 내부 가이드 면(12)을 형성하는 캐비티(11)를 갖고, 상기 캐비티(11)는 유체 주입 부분(40) 및 유체 배출 부분(42)을 갖는, 밸브 몸체(10); 상기 캐비티(11) 내에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(13)로서, 닫힘 위치에서 상기 유체 배출 부분(42)을 통한 유체 유동을 방지하고, 다른 위치에서 상기 유체 배출 부분(42)을 통한 상기 유체 유동을 방출하되, 상기 유체 주입 부분(40)에 대향하는 상단부(44) 및 상기 상단부(44)에서 상기 유체 배출 부분(42) 방향으로 연장되고 상기 밸브 니들(13) 내부의 유체 유동을 가능하게 하는 내부 리세스(32)를 포함하는, 밸브 니들(13); 및 상기 캐비티(11) 내에 배치되고, 상기 밸브 니들(13)의 상단부(44)와 기계적으로 결합되고, 상기 밸브 몸체(10)의 상기 내부 가이드 면(12)을 향해 방사상으로 연장되고, 상기 밸브 몸체(1) 내의 상기 밸브 니들(13)의 상기 상단부(44)를 가이드하도록 설계되는, 가이드 요소(34);를 포함하되, 상기 가이드 요소(34)는 상기 내부 리세스(32)를 구비하는 상기 밸브 니들(13)의 일체형 확장부 - 일체형 확장부는 상기 유체 주입 부분(40) 및 상기 밸브 니들(13)의 상기 내부 리세스(32)와 수역학적으로 결합함 - 를 형성한다.

Description

밸브 조립체 및 분사 밸브{Valve assembly and injection valve}
본 발명은 분사 밸브의 밸브 조립체 및 분사 밸브에 관한 것이다.
분사 밸브는 광범위하게 사용되고 있고, 특히 내연 기관의 흡입 매니폴드(intake manifold)로 유체를 주입하거나 내연 기관의 실린더의 연소 챔버로 직접 유체를 주입하기 위하여, 분사 밸브가 배치될 수 있는 내연기관에서 사용되고 있다.
분사 밸브는 다양한 연소 기관에 대한 다양한 요구들을 만족시키기 위하여 다양한 형태로 제조된다. 그러므로, 예를 들어, 분사 밸브의 길이, 분사 밸브의 직경 및 유체가 주입되는 경로를 관할하는 분사 밸브의 모든 다양한 요소들은 광범위하게 달라질 수 있다.
원치 않은 배출의 감소라는 관점에서, 연소 공정을 개선시키기 위하여, 개별적인 분사 밸브는 높은 압력 하에서 유체를 주입하는 것에 적합해질 수 있다. 이 때의 압력은 가솔린 엔진에 대해서 최대 200 바(bar)인 범위일 수 있고, 또는 디젤 엔진에 대해서 약 2000 바(bar)인 범위일 수 있다.
본 발명의 목적은 간단하게 제조되고, 신뢰성 있고 정확한 기능을 용이하게 하는 분사 밸브, 및 분사 밸브의 밸브 조립체를 생산하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명의 독립항들의 기술적 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에서 제공된다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 본 발명은 분사 밸브의 밸브 조립체에 의해 차별화된다. 밸브 조립체는 중앙 종축을 포함하는 밸브 몸체를 포함한다. 밸브 몸체는 밸브 몸체의 가이드(guide) 영역 내의 내부 가이드 면을 형성하는 캐비티(cavity)를 갖고, 캐비티는 유체 주입 부분 및 유체 배출 부분을 갖는다. 밸브 조립체는 캐비티 내에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(needle)을 포함한다. 밸브 니들은 닫힘 위치에서 유체 배출 부분을 통한 유체 유동을 방지하고, 다른 위치에서 유체 배출 부분을 통한 유체 유동을 방출한다. 밸브 니들은 유체 주입 부분에 대향하는 상단부 및 상단부로부터 유체 배출 부분 방향으로 연장되고 밸브 니들 내부의 유체 유동을 가능케 하는 내부 리세스(recess)를 포함한다. 밸브 조립체는 캐비티 내에 배치되고 밸브 니들의 상단부와 기계적으로 결합되고 밸브 몸체의 내부 가이드 면을 향해 방사상으로 연장되고 밸브 몸체 내의 밸브 니들의 상단부를 가이드(guide)하도록 설계되는 가이드 요소를 포함한다. 가이드 요소는 내부 리세스를 구비하는 밸브 니들의 일체형 확장부를 형성하고, 상기 확장부는 유체 주입 부분 및 밸브 니들의 내부 리세스와 수역학적으로 결합된다.
이는 유체 주입 부분에서부터 가이드 요소의 내부 리세스 및 밸브 니들의 내부 리세스로의 직접적인 유체 유동이 획득될 수 있는데 이점을 갖는다. 또한, 별도의 공정 단계에서 밸브 니들을 가이드 요소에 결합하는 것을 요구하지 않게 한다. 또한, 밸브 몸체에 대한 밸브 니들의 양호한 정렬 및 밸브 몸체 내의 밸브 니들의 양호한 가이드가 획득될 수 있다. 이는 분사 밸브의 우수한 동적 성능을 유발할 수 있다. 이에 따라, 밸브 조립체의 높은 수준의 수명이 가능해진다. 또한, 밸브 니들과 가이드 요소의 일체적인 형성은 밸브 조립체를 위한 저비용 해법(solution)을 달성하도록 한다.
유리한 실시예에서, 가이드 요소는 내부 리세스 및 컵 개구부를 구비하는 컵으로 형상화된다. 컵 개구부는 유체 주입 부분에 대향한다. 이는 유체 주입 부분에서부터 컵 개구부를 경유하여 밸브 니들의 내부 리세스로의 우수한 유체 유동이 획득될 수 있는 이점을 갖는다.
다른 유리한 실시예에서, 가이드 요소 및 밸브 니들은 단일 심교(deep-drawn) 부분으로 형성된다. 이는 밸브 어셈블리를 위한 저비용 해법이 획득될 수 있는 이점을 갖는다.
다른 유리한 실시예에서, 가이드 요소는 밸브 몸체 내의 밸브 니들의 상단부를 가이드하도록 설계되는 제1 외부 면 영역, 및 하나 이상의 제2 외부 면 영역을 갖는다. 제2 외부 면 영역은 밸브 몸체의 내부 가이드 면으로부터의 이격 거리를 갖고, 이 이격 거리는 제1 외부 면 영역 및 밸브 몸체의 내부 가이드 면 사이의 이격 거리보다 크다. 이는 밸브 니들이 매우 원활하게 가이드될 수 있고, 가이드 요소 및 밸브 몸체의 내부 가이드 면 사이에 형성되는 유체 채널(channel)로 인한 밸브 니들의 우수한 동적 작동 상태가 획득될 수 있는 이점을 갖는다.
다른 유리한 실시예에서, 하나 이상의 제2 외부 면 영역은 평탄 부분으로 형성된다. 평탄 부분은 매우 쉽게 제조될 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제1 태양에 따른 밸브 조립체 및 작동기(actuator) 유닛을 구비하는 분사 밸브에 의해서 차별화된다. 작동기 유닛은 외부틀(armature)을 포함한다. 외부틀은 캐비티 내에 배치되고, 밸브 니들에 대해 이동가능하고, 가이드 요소와 기계적으로 협동 작용하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도식적인 도면들에 보조되어 후술하여 설명된다. 이 도면들은 아래와 같다.
도 1은 분사 밸브의 종 방향 단면도이다.
도 2는 밸브 조립체의 실시예의 확대된 투시도이고,
도 3은 밸브 조립체의 실시예의 확대된 투시도이다.
본 명세서에서, 다른 도면들에서 도시된 동일한 디자인 및 기능의 구성요소는 동일한 참조 부호로서 식별된다.
연료를 내연 기관에 주입하는데 특히 적합한 분사 밸브(2)(도 1)는 밸브 조립체(4) 및 작동기 유닛(6)을 포함한다.
밸브 조립체(4)는 중앙 종축(L) 및 캐비티(11)를 구비하는 밸브 몸체(10)를 포함한다. 밸브 몸체(10)의 가이드 영역에서, 캐비티(11)는 캐비티(11) 내에 배치되는 밸브 니들(13)을 위한 내부 가이드 면(12)을 형성한다. 밸브 니들(13)은 캐비티(11) 내에서 축 방향으로 이동할 수 있다. 밸브 니들(13)은 내부 리세스(32)를 구비한 중공의 형상이다. 밸브 니들(13)은 내부 리세스(32)와 밸브 니들(13)의 외부 사이의 유체 유동을 가능하게 하는 오리피스(orifice)(14)를 갖는다.
밸브 몸체(10)는 주입 튜브(15)를 더 포함한다. 내부 가이드 면(12)은 주입 튜브(15) 내에 배치된다.
작동기 유닛(6)은 캐비티(11) 내에 배치된 외부틀(16)을 갖는다. 리세스(recess)는 밸브 니들(13)의 일부분을 차지하는 외부틀(16) 내에 제공된다. 외부틀(16)은 밸브 니들(13)에 대해 이동할 수 있다. 캐비티(11) 내에, 외부틀 스프링(18)이 배치되고, 외부틀 스프링(18)은 외부틀(16)에 축 방향으로 힘을 가하기 위하여 외부틀(16)과 연결된다.
리세스(20)는 주입 튜브(15) 내에 제공된다. 메인 스프링(22)은 주입 튜브(15)의 리세스(20) 내에 배치된다. 메인 스프링(22)은 밸브 니들(13)에 축 방향으로 힘을 가하기 위하여 밸브 니들(13)과 기계적으로 결합된다.
밸브 니들(13)은 구형상을 갖는 시트(seat) 부분(28)을 포함한다. 밸브 니들(13)의 닫힘 위치에서, 시트 부분(28)은 밸브 몸체(10)의 일부분인 시트 몸체(26) 상에 위치된다. 이 경우에, 하나 이상의 분사 노즐(30)을 통한 유체 유동이 방지된다. 분사 노즐(30)은, 예를 들어, 분사 홀(hole)일 수 있다.
가이드 요소(34)는 캐비티(11) 내에 배치된다. 가이드 요소(34)는 밸브 니들(13)로부터 밸브 몸체(10)의 내부 가이드 면(12)으로 연장된다. 가이드 요소(34)는 밸브 몸체(10) 내부의 밸브 니들(13)을 가이드하기 위하여 제공된다. 가이드 요소(34)는 밸브 니들(13)과 함께 일체적으로 형성된다. 그러므로, 예를 들어 프레스 피팅(press fitting) 또는 용접으로, 가이드 요소(34)를 밸브 니들(13)에 연결하기 위한 추가적인 공정 단계가 요구되지 않는다. 가이드 요소(34) 및 외부틀(16)은 서로 맞물리는 장치를 형성하고, 이로써, 외부틀(16)은 가이드 요소(34)를 밸브 니들(13)의 축방향 움직임에 연동시킨다.
메인 스프링(22)은 가이드 요소(34)의 면에 의해 형성되는 제1 스프링 시트(seat) 및 주입 튜브(15)의 리세스(20) 내에 제공되는 튜브(36)에 의해 형성되는 제2 스프링 시트 상에 위치된다.
작동기 유닛(6)은 바람직하게는 코일(38)을 구비한 전자기적(electromagnetic) 작동기를 포함한다. 코일(38), 외부틀(16) 및 주입 튜브(15)는 전자기적 회로를 형성한다.
밸브 조립체(4)는 밸브 몸체(10) 내에 제공되는 유체 주입 부분(40)을 갖는다. 특히, 유체 주입 부분(40)은 주입 튜브(15) 내에 제공된다. 또한, 밸브 조립체(4)는 시트 몸체(26) 인근의 밸브 몸체(10) 내에 제공되는 유체 배출 부분(42)을 갖는다. 유체 주입 부분(40)은 오리피스(14)를 경유하여 유체 배출 부분(42)과 수역학적으로 소통한다.
밸브 니들(13)은 유체 주입 부분(40)에 대향하는 상단부(44)를 갖는다. 밸브 니들(13)의 내부 리세스(32)는 상단부(44)에서부터 유체 배출 부분(42)으로의 방향으로 연장된다. 유체는 밸브 니들(13) 내부의 내부 리세스(32)를 통하여 오리피스(14)로 흐를 수 있다.
가이드 요소(34)는 밸브 니들(13)의 상단부(44)와 결합되고, 밸브 몸체(10)의 내부 가이드 면(12)을 향해 방사상으로 연장된다. 가이드 요소(34)는 컵 형상이고, 가이드 요소(34)의 컵 개구부(48)를 경유하여 유체 주입 부분(40)과 수역학적으로 결합되는 내부 리세스(46)를 갖는다.
또한, 내부 리세스(46)는 밸브 니들(13)의 내부 리세스(32)와 수역학적으로 결합된다. 주요한 유체 유동은 유체 주입 부분(40)에서부터 가이드 요소(34)의 내부 리세스(46) 및 컵 개구부(48)로의 경로를 지나고, 나아가 밸브 니들(13)의 내부 리세스(32)로의 경로를 지난다. 바람직하게, 가이드 요소(34) 및 밸브 니들(13)은 쉽게 그리고 저비용으로 제조될 수 있는 단일 심교(deep-drawn) 부분으로 형성된다.
가이드 요소(34)는 제1 외부 면 영역(50a)을 갖는다. 제1 외부 면 영역(50a)은 밸브 몸체(10)의 내부 가이드 면(12)으로부터 매우 작은 이격 거리를 갖는다. 그러므로, 가이드 요소(34)는 밸브 몸체(10) 내부의 밸브 니들(13)의 상단부(44)를 가이드 할 수 있다. 가이드 요소(34)는 하나 이상의 제2 외부 면 영역(50b)을 갖는다. 제2 외부 면 영역(50b)은 평탄 부분으로 형성된다. 제2 외부 면 영역(50b)은 밸브 몸체(10)의 내부 가이드 면(12)로부터의 이격 거리를 갖고, 이 이격 거리는 제1 외부 면 영역(50a) 및 밸브 몸체(10)의 내부 가이드 면(12) 사이의 이격 거리 보다 크다. 그러므로, 제2 외부 면 영역(50b) 및 밸브 몸체(10)의 내부 가이드 면(12) 사이에, 채널(cannel)이 형성되고, 이 채널은 이차적인 유동 통로 상의 유체 유동을 가능하게 한다.
아래에서, 분사 밸브의 기능이 상세하게 기술된다.
유체는 유체 주입 부분(40)에서부터 가이드 요소(34)의 내부 리세스들(32, 46) 및 중공인 밸브 니들(13)로 유동되어, 오리피스(14)를 통하여 유체 배출 부분(42)로 유동된다. 메인 스프링(22)은 시트 몸체(26)를 향해 축 방향으로 밸브 니들(13)에 힘을 가한다. 밸브 니들(13)이 그것의 닫힘 위치에 있는 지 또는 그렇지 않은 지의 여부는 작동기 유닛(6)에 의해 야기되는 밸브 니들(13)에 가하는 힘과 메인 스프링(22)에 의해 야기되는 밸브 니들(13)에 가하는 힘 사이의 힘의 균형에 의존한다.
작동기 유닛(6)이 전원 공급이 차단된 상태일 때, 메인 스프링(22)은 가이드 요소(34) 및 밸브 니들(13)에, 밸브 니들(13)이 그것의 닫힘 위치에서 축 방향으로 이동할 수 있게 하는 방식으로, 힘을 가할 수 있고, 시트 부분(28)에는 시트 몸체(26) 상에 밀봉되게 위치되도록 힘이 가해진다. 외부틀 스프링(18)은 외부틀(16)의 움직임을 둔화시킨다. 또한, 가이드 요소(34)의 평탄한 면 영역(50b)으로 인해, 외부틀(16) 및 주입 튜브(15) 사이의 점착 효과(sticking effect)는 방지될 수 있다. 따라서, 밸브 니들(13)의 시트 몸체(26)를 향한 축방향 움직임은 둔화될 수 있다. 밸브 니들(13)의 닫힘 위치에서, 유체 배출 부분(42) 및 분사 노즐(30)을 통한 유체 유동이 방지된다.
작동기 유닛(6)이 전원 공급되는 상태일 때, 작동기 유닛(6), 특히 외부틀(16)은 가이드 요소(34)에 힘을 가할 수 있고, 이 힘은 밸브 니들(13)에 직접 전달될 수 있다. 외부틀(16)로부터 가이드 요소(34)에 가해지는 힘은 메인 스프링(22)에 의해 야기되어 밸브 니들(13)에 가해지는 힘과는 상반된다. 이에, 밸브 니들(13)은 닫힘 위치에서부터 축방향으로 이동할 수 있다. 외부틀(16)의 움직임은, 외부틀(16)이 주입 튜브(15)와 접촉하게 될 때, 제한된다. 밸브 니들(13)의 닫힘 위치 외부에서, 시트 몸체(26)와 밸브 니들(13)의 시트 부분(28) 사이에는 간극이 존재한다. 이 간극은 분사 노즐(30)을 통한 유체 유동을 가능하게 한다.
일반적으로, 열림 및 닫힘 공정 동안의 분사 밸브의 양호한 동적 성능은 밸브 니들(13)의 일 부분인 가이드 요소(34)로 인해 획득될 수 있다. 이에 따라, 밸브 조립체(4) 및 분사 밸브(2)의 높은 신뢰성 및 긴 수명이 가능할 수 있다. 또한, 가이드 요소(34)의 일 부분인 밸브 니들(13)은 쉽게 제조될 수 있고, 적은 수의 구성요소를 갖는 밸브 조립체(4)를 도출한다. 이에, 밸브 조립체(4) 및 분사 밸브(2)를 위한 저비용 해법이 획득될 수 있다.

Claims (6)

  1. 분사 밸브(2)의 밸브 조립체(4)에 관한 것으로,
    중앙 종축(L)을 포함하는 밸브 몸체(10)로서, 상기 밸브 몸체(10)의 가이드 영역 내의 내부 가이드 면(12)을 형성하는 캐비티(11)를 갖고, 상기 캐비티(11)는 유체 주입 부분(40) 및 유체 배출 부분(42)을 갖는, 밸브 몸체(10);
    상기 캐비티(11) 내에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(13)로서, 상기 밸브 니들(13)은, 닫힘 위치에서 상기 유체 배출 부분(42)을 통한 유체 유동을 방지하고, 다른 위치에서 상기 유체 배출 부분(42)을 통한 상기 유체 유동을 방출하되, 상기 유체 주입 부분(40)에 대향하는 상단부(44) 및 상기 상단부(44)에서 상기 유체 배출 부분(42) 방향으로 연장되고 상기 밸브 니들(13) 내부의 유체 유동을 가능하게 하는 내부 리세스(32)를 포함하는, 밸브 니들(13); 및
    상기 캐비티(11) 내에 배치되고, 상기 밸브 니들(13)의 상기 상단부(44)와 기계적으로 결합되고, 상기 밸브 몸체(10)의 상기 내부 가이드 면(12)을 향해 방사상으로 연장되고, 상기 밸브 몸체(1) 내의 상기 밸브 니들(13)의 상기 상단부(44)를 가이드하도록 설계되는, 가이드 요소(34);를 포함하되,
    상기 가이드 요소(34)는 상기 내부 리세스(32)를 구비하는 상기 밸브 니들(13)의 일체형 확장부 - 일체형 확장부는 상기 유체 주입 부분(40) 및 상기 밸브 니들(13)의 상기 내부 리세스(32)와 수역학적으로 결합함 - 를 형성하는,
    밸브 조립체(4).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 요소(34)는 상기 내부 리세스(32) 및 컵 개구부(48)를 구비하는 컵으로 형상화되고,
    상기 컵 개구부(48)는 상기 유체 주입 부분(40)에 대향하는,
    밸브 조립체(4).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 가이드 요소(34) 및 상기 밸브 니들(13)은 단일 심교 부분(single depp-drawn)으로 형성되는,
    밸브 조립체(4).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 요소(34)는,
    상기 밸브 몸체(10) 내부에서 상기 밸브 니들(13)의 상기 상단부(44)를 가이드하도록 설계되는 제1 외부 면 영역(50a); 및
    상기 밸브 몸체(10)의 상기 내부 가이드 면(12)으로부터의 이격 거리를 갖는 하나 이상의 제2 외부 면 영역(50b)으로서, 상기 이격 거리가 상기 제1 외부 면 영역(50a) 및 상기 밸브 몸체(10)의 상기 내부 가이드 면(12) 사이의 거리보다 큰, 제2 외부 면 영역(50b);을 포함하는,
    밸브 조립체(4).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 외부 면 영역(50b)은 평탄 부분으로 형성되는,
    밸브 조립체(4).
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 조립체(4) 및 작동기 유닛(6)을 구비하는 분사 밸브(2)로서,
    상기 작동기 유닛(6)은 외부틀(16)을 포함하고,
    상기 외부틀은 상기 캐비티(11) 내에 배치되고, 상기 밸브 니들(13)에 대해 이동가능하고, 상기 가이드 요소(34)와 기계적으로 협동 작용하도록 설계되는,
    분사 밸브(2).
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